聚集诱导发光材料应用于食品安全检测中的研究

聚集诱导发光材料应用于食品安全检测中的研究

张兴玮

合浦县食品药品检验检测中心 广西 北海    536100

摘要：食品安全对人类身心健康的正常发展和社会经济水平发挥着重要作用。 基于现有的食品安全方法，打造更高效、准确、灵活、直观的检测技术是确保食品安全的关键。 目前，我国常采用荧光分析法对食品安全进行灵活简单的检测，但荧光材料的疏水性不容忽视，遇光会发生漂白现象。然而，聚集诱导发光材料具有抗干扰性好、光泽度高等优点，可有效用于食品安全检测，充分发挥其优势。

关键词：聚集诱导发光材料；食品安全；检测；应用

近年来，食品安全逐渐成为公众关注的焦点。随着食品安全问题的出现，我国主管部门制定并实施了一系列食品安全标准。由于其独特的优势，聚集诱导发光材料常用于食品检测。 持续精准检测，有效遏制了因食物问题引起的疾病发展。目前已经对基于聚集诱导发光的分子进行了许多经过充分验证的实验研究，其中大部分已用于多项食品安全测试。本文分析了聚集诱导发光材料用于食品安全测试的重要以及相关应用模式。

一、创新食品安全监测方法的重要性

食品安全检测不仅关系到人们的生产生活，而且决定着社会的整体发展，是全社会关注的焦点之一。因此，加强食品安全检测技术的研发，采用科学合理的检测方法，可以更好地预防食品安全问题的出现，保障食品安全。在一定程度上，食品检验对整个安全和市场监管体系的健康和质量起着非常重要的作用。通过仔细审查有关当局，将最终结果告知公司，更适合企业改进。同时，企业要不断调整生产结构，采取有效措施，加强食品安全管理，才能获得足够的市场份额。聚集诱导发光材料良好的适用性和可变性可以有效地用于当前的食品安全测试，聚集诱导发光材料促进了食品安全准确、及时的检测，从而有效检测到对人体健康的危害并及时排除，对当前疾病预防控制工作具有广泛的意义。在以往的在食品安全检测过程中使用荧光分析法，易受其疏水性、易脱色、易聚集等因素，但聚集诱导发光材料具有较高的光度、光束长、变化灵活等特点，它可以缩短食品安全检测的时间，提高检测质量。一些研究人员使用聚集诱导发光材料来收集食品安全信息，包括来自农业的信息、水产养殖、重工业、医药及相关食品领域。本研究需要通过文献比较和专业的讨论，全面而彻底的分析旨在促进聚集诱导发光材料在食品安全中的使用。

二、聚集诱导发光材料在食品安全检测中的应用

（一）农药残留检测

目前，农药在农业和林业中常用于防治病虫害。有机磷农药（OPs）因其高效、低毒素含量等特性常用于农业生产。然而，OPs是一种神经毒素，可在低浓度下还原人乙酰胆碱酯酶（AChE）。AChE和乙酰胆碱的大量积累会导致帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等神经系统疾病，甚至死亡。农药使用不当，导致农药残留在蔬菜、水果等农产品中农药过多，危害人体健康。因此，快速、灵敏地检测产品中的农药残留对生命、健康和环境至关重要。与荧光法高光谱成像等传统分析方法相比，基于聚集诱导发光材料开发的检测针提供了更简单、更灵敏和更快的OPs检测方法。AChE 硫酸盐的氢磷酸化可产生稳定的共价键，防止 AChE 氨基酸与必需胆碱结合，从而降低 AChE 活性。因此，乙酰胆碱酶活性可以通过荧光来确定，并且可以间接测量剩余的OPs。例如，它是基于 AChE 催化乙酰硫代胆碱(AChE)）水解并影响溶液 pH 值的原理。

段伟伟^[1]等人合成对pH敏感响应的带醛基的四苯乙烯衍生物 (TPE-1)（图1（a））。由于OPs不能不可逆地抑制 AChE 活性，AChE 不能水解生成乙酸，TPE-1 的质子效应减弱，TPE-1 的荧光信号发生变化，与OPs浓度呈线性关系。 然而，大多数用于检测的纳米粒子在生物溶液中不稳定，对实际使用没有帮助。为了提高稳定性和生物相容性，吴楠^[2]等人创造了AIE纳米颗粒，将聚合物类型分散在磷酸盐缓冲液中（PTDNPs）（图 1（b））。金纳米粒子（AuNPs）与PTDNPs结合并传输荧光共振能量。尽管 AuNPs与PTDNPs争相结合并阻止FRET照亮荧光灯，但它使 PTDNPs能够成功识别OPs，具有高灵敏度和宽线性范围。此外，观海桐^[3]制备了一种碱基二双（4-(3－黄酮氧酰基丙酸）苯基）－双联苯（BSPOTPE）作为DNA纳米复合中间体荧光传感器（图1(c)）氧探针用于磷酸盐的线性比值较好，适用于简单直观的磷酸盐半定量分析。

此外，基于肽的生物检测器在农药残留研究方面取得了良好的效果，除了基于酶抑制原理开发的AIE探针外，蒋艳^[4]等人将 TPE分子与LHLLRL序列结合以合成 AIE TPE 肽荧光探针以测量OPs（图 1 (d)），促进探针在肽纤维中的聚集，加速肽的积累，促进荧光发射增强。该探针具有非常灵敏的荧光响应，15分钟即可检测出农药。但目前的方法只能检测有机磷农药的总量，无法区分具体的农药种类。

图1 AIE探针化学结构及农药残留检测

(a) TPE-1 pH敏感机制和OPs检测机制；（B）高灵敏度ptDNPs-AUNPS生物传感器检测Z酰胆碱酯酶和OPs的示意图；(C) BSPOTPE-SIO2-MNO2制备过程和传感器对示意图OPs的响应；(d) TPE PEPide和OPs用示意图。

目前，基于AIE法的农药残留研究正在取得更多成果，但由于食品成分的复杂性，混合农药种类繁多，大量农药的检测具有一定的局限性。因此，发展抗干扰能力、选择性高的视野检测方法仍是当前研究的重点。

（二）食品中兽药残留的检测

为有效预防畜禽寄生虫等相关疾病，大多数养殖户使用兽药来加速其生长。由于畜牧业中的兽药不能被充分吸收，兽药本身的副作用会通过加工、食用等多种组合作用影响到人体，对人体健康造成的损害也不能忽视，如过敏性疾病、消化系统疾病等。因此，有关部门应加强肉制品中兽药残留的检测。如氯霉素是应用最广泛的抗生素，它可以预防牲畜的细菌感染和其他疾病。由聚集体诱导发光材料开发的新型荧光探针可以观察氯霉素等成分，并根据检测到的牛奶中氯霉素的变化来评估氯霉素的含量。

（三）准确检测食品中的重金属含量

汞、铅、砷等重金属具有剧毒，可直接降低人体酶和蛋白质的活性，进一步造成器官损伤甚至死亡。部分添加剂不符合质量标准，导致市场流通的食品中重金属含量较高，有关部门应加大食品和饮用水中重金属的检测力度。在检测机理中积累的发光材料的应用为重金属检测提供了新思路。目前，几种荧光检测方法已经多次获得认证，可以准确测量重金属的含量。例如，测量硫荧光浓度的方法可以灵活准确地检测二氧化汞。因此，定量测试所得发光材料的储存是很重要的。为了进一步提高对活细胞和人体中汞的检测，可以通过检测汞引起的极性反应来改进检测过程，以及通过水溶性分子电荷转移和荧光积累诱导的发光材料的新探针。因此，促进聚集诱导发光材料的新型荧光成像技术可以准确、快速检测食品中的重金属，提高食品安全检测的有效性。全面系统的食品分析，既能保障市场食品供应安全，又能保持市场持续健康发展。只有食品质量得到保证时，才能确保人民的食品安全，才能提高我国的食品质量。

（四）准确检测食品病原体

马洪燕^[5]等研究分析表明，食品中含有的病原菌会导致对人体的高度损害，如疾病和死亡，这一问题在世界范围内受到了极大的关注，尤其是最近几年来，食品安全事件频发。食品安全中病原菌的危害需要得到更好的认识，需要制定及时准确的检测方法，消除病原体对食品安全的负面影响。聚集诱导发光材料聚集强度越大，亮度越大。考虑到这一点，借助高信噪音、灵活性和较长的位移距离，可以更深入地挖掘现代食品病原体的含量。同时，利用现有的免疫检测方法结合聚集诱导发光材料，可以在很大程度上避免在检测致病性食品安全时因灵敏度不足而出现检测数据不准确的情况，提高聚集诱导发光材料在此过程中的性能。价值。同时，聚集诱导发光材料与免疫检测密切相关，可以降低控制区直接检测的用时。还需要注意的是，类似的项目还处在研究的初期阶段，在测试过程中发生变化的可能性以及在免疫检测与聚集诱导发光材料是否存在排异，方法是否可行，以及所获得的数据是否准确等诸多未知因素仍需详细研究。

（五）食品质量评估

当食品被有害物质污染时，其原有的颜色、气味和营养成分会发生变化，最终导致食品质量变差，甚至不能食用。比如鱼类等食物的分解主要是蛋白质的分解，这些蛋白质会产生许多有毒的生物胺，如腐胺、尸胺、酪胺、组胺等。洪旭东^[6]等人使用 AIE 和 ICT 与碳酸氢钠结合合成了一系列正位异构体，其中，基于（E)-3-(4-（二乙胺）-2－羟基苯甲酰基）氨基苯甲酸（M-DB）的自组装传感器与有机胺的蒸气压和极限检测呈线性关系高达2.02 Pa，可用于检测肉类腐败（图2（a））。分子设计的策略是调整羧二酮的过程以改变这种情况，从而允许控制自组装结构，即自组装结构的形态可以从维纳排转换为2D 微孔板甚至3D 微立方体。AIE 异构体中的苯甲酸对于胺类具有很强的同位素相似性，导致荧光抗原辐射的变化很容易检测。此外，吕妍婷^[7]等人根据此原理开发了HMBA4，也可用于猪肉的快速检测。此外，马和庆^[8]等人开发了一种使用 2.3.5-6－四氟苯酚作为缓和剂和安全元素的发光自组装铜纳米簇（Cu NCs)，在组胺检测中具有快速、敏感高、有选择性的特点，在组胺存在下，铜与组胺的强相互作用和 RIM 机制导致Cu NCs荧光消失。Cu NCs 在 0.1 和 10 umol 之间具有良好的线性，表明限制为 60 nmol。 具有独特组胺梯度的基于Cu NCs的发光线可用于测检测鱼、虾和红酒中的组胺含量。

另一方面，粘度的变化是反映液态食品降解程度的主要参数之一。刘东阳^[9]等人发明了黏性荧光探针AIE TPAEQ，可用于检测食物的凝固和饮料中所含饮料的分解图2（b）。强荧光发射TPAEQ的线性荧光发射强度取决于食物浓度。因此，TPAEQ 可以检测和评估液体饮料的变质，并根据荧光粘度定量分析食品增稠剂的含量。

处理食物的方式也会影响食品的质量。例如，油炸食品口感松脆深受人们喜爱，但长期食用油炸食品对健康不利，容易增加肥胖、高血压和缺血性心脏病的患病率。油炸是一个复杂的化学过程，通过氧化、水解和聚合产生许多有害化合物、三酰基甘油 (TAG) 和全极性物质 (TPM)。其中，TPM在油炸过程中产生含有不饱和脂肪酸、单体、甘油二酯和产生的许多氧化物（醛或酮），特别是煎炸油中的有害物质随着加工时间的增加而逐渐增加，煎炸油的质量已经成为消费者最关心的安全问题之一。因此，许多国家制定了限制滥用煎炸油的政策。TAG和TPM是评估煎炸油安全性的重要指标，TPM的安全水平限制在24-30%。

由于煤油系统的黏度随着 TAG 或 TPM 的增加而增加，因此高粘度 AIE 荧光检测器是测量煎炸油质量的理想选择。马拉毛草^[10]等人报道了QM-TPA,一种由喹啉－丙二醇（QM）和三苯胺组成的AIE探针，TAG浓度（图2（c））可以直接由黏度控制机制确定。 在TAG的存在下，其粘度逐渐增加，从而限制了聚集诱导发光材料分子内的运动以实现荧光反应。在0,20,40,60,80，100次油炸条件下，TAG 浓度逐渐递增，与QM-TPA荧光强度呈线性相关。李州霞^[11]等人使用三苯胺衍生物 (CPA-TPA) 的黏度敏感方法对煎炸油中的TPM进行量化（图 2 (d)）。TPM 表明CPA-TPA可用作便携式仪器，用于快速TPM观察黏度传感器。与色谱检测方法不同，该方法解决了仪器数量大、成本高、前处理复杂、工艺成本高等问题，实现了快餐质量评价、实时检测和便携操作（表1）。

图2 AIE 探针的化学结构和食物品质评价

(a) M-DB 分子式和与有机氨基相互作用的机理； (b) TPAEQ 的化学结构示意图及其对粘度的荧光响应；(c) QM-TPA 的化学结构；(d) CPA-TPA 化学结构 。

表1 AIE传感器在食品安全检测中的应用

结语：

综上所述，利用聚集诱导发光材料开发的荧光探针在检测相关食品安全的过程中取得了进展。由于灵敏度高、亮度高、柔韧性强、位移距离远，对农药残留、病原体和食品添加剂以及重金属等实现了准确检测。通过对聚集诱导发光材料的深入研究和分析，相信其可以更广泛地应用于食品安全检测。

参考文献

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[7]吕妍婷, 王琪, 朱为宏. 聚集诱导发光材料在食品安全检测中的应用[J]. 发光学报, 2021, 42(3):17.

[8]马和庆. 聚集诱导发光材料在食品安全检测中的应用[J]. 现代食品, 2021(17):3.

[9]刘东阳. 食品安全检测中稀土发光材料的应用研究[J]. 当代旅游, 2019(12):249-249.

[10]马拉毛草, 马恒昌. 聚集诱导发光材料在生物分子检测中的应用[J]. 应用化工, 2020, 49(3):5.

[11]李州霞. 我国食品安全检测主要应用技术的研究及现状[J]. 食品界, 2019(4):2.

作者简介：张兴玮（1994-10-4），男，汉族，广西北海，本科，助理工程师，从事食品检验工作。